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在整个潜艇设计过程中，大约40%的重点和优先事项是其结构设计。设计其结构的整个过程也占用了大部分时间，因为它不仅与强度因素有关，还与与其相关的功能方面的关系有关。结构设计总是从确定结构将承受的载荷开始。潜艇在执行任务期间承受的载荷可分为以下几类：1.潜水压力引起的荷载：深度是最重要和决定性的结构设计标准之一。压力船体是潜艇的主要结构元件，其设计能够承受外部静水压力。它是为特定的坍塌深度而设计的，在该深度下，预计会在非常窄的范围内发生完全破坏。坍塌深度实际上是通过将最大可操作深度（MOD）或使用深度乘以安全系数来计算的。该深度处的静水压力被视为所有压力船体计算的设计压力。在通常的设计中，使用1.5的安全系数，设计到这种极限的潜艇不应低于服役深度。然而，在允许2.5等更高安全系数的设计中，它们可以比服务深度更深地潜水，但仅在紧急情况下。2.冲击载荷：潜艇的设计是为了承受水下爆炸产生的载荷（例如，水雷爆炸、水下大气泡破裂产生的压力）。水下爆炸的物理学是一个非常有趣的学科，与空气中的爆炸相比，它是非常独特的。要理解它，请观看下面的视频，并注意爆炸球是如何产生的，以及它是如何收缩和再次爆炸的，从而释放出一团气泡。          在爆炸的瞬间，会产生冲击波，对爆炸点周围的水施加径向向外的压力。这个爆炸球膨胀到球内壁上的内部压力与周围水产生的外部静水压力相等的程度。现在球已经膨胀，其中心的压力低于外部压力。这就是导致它收缩和内爆的原因。这种内爆产生了一团径向膨胀的气泡。同样的收缩、内爆和膨胀过程依次重复，直到爆炸的能量完全消散。每次复发性爆炸的直径和大小都小于前一次。 因此，这项研究有助于我们得出结论，当潜艇受到爆炸时，它应该能够承受一系列冲击波，而不是一次。试验期间还观察到，由于爆炸云的每次收缩，潜艇都有被吸入爆炸云中心的趋势。最坏的情况是潜艇下的爆炸，其结果是吸力向下，如果在最大服务深度下引起，可能会导致潜艇被吸入更大的深度，从而因静水压力对结构造成额外的风险。  由HY-80钢制成的厚球壳主要用于 潜艇的建造。它们构成了压力的重要组成部分 船体。球壳是通过焊接预制壳体部件制成的 一起。由于焊接，壳体中会产生残余应力 过程。本项目旨在研究这些应力对 壳体在外压载荷作用下的屈曲强度。 方法残余应力对壳体结构稳定性的影响将 使用数值方法进行研究。残差的精确输入数据 分析需要应力场。 因此，对满量程焊缝样品的测量是使用 中子衍射技术。破坏性技术用于 比较。 使用以下方法计算临界屈曲压力非常困难 “正常”（隐式）有限元方法，由于数值不稳定（负 刚度矩阵）当结构达到临界荷载时。因此 使用显式有限元方法，主要用于崩溃分析。 潜艇概念设计一个有趣的项目，一个具有挑战性的项目，最后但并非最不重要的一个耗时的项目。 客户需要展示潜艇的新布局，显示潜艇内的基本布局和空间。概念设计，需要基本尺寸，船体和框架计算，没有任何细节。 船体形状必须经过水动力性能测试，并在需要时进行优化。测得的皮肤摩擦力与湍流动能和视觉漩涡核心区域相结合，用于检查船体在20节高巡航速度下的水中阻力。 不锈钢潜艇：SUS212中的意大利305型NFS意大利212型NFS不锈钢潜艇将在德国TKMS集团的协助下建造，该集团将提供包括燃料电池在内的各种子系统。212 NFS潜艇代表了212A潜艇的升级和增强版本。现有信息表明，212 NFS船体的长度将增加1.2米，总长度为58.3米。压力船体本身将长41米，而船体宽度将保持不变，为7米。水面排水量约为1600吨，水下排水量约为2000吨。船体扩建将提高燃料承载能力和船员的生活空间，船员将由29人组成。 船体由非磁性 amanox 高强度不锈钢制成，表面将采用含有含氟聚合物的污垢释放涂层材料。这种涂层有助于最大限度地减少污垢堆积，减少航行过程中的阻力，并降低油耗。此外，还将实施新的高压井喷系统（HEBD），以应对紧急情况。 不锈钢305（SUS305）通常被称为一种非磁性不锈钢。 与标准奥氏体不锈钢SUS304（18Cr8Ni）不同，SUS305也属于奥氏体不锈钢家族，含有大量的镍（Ni）。这种高镍含量有助于形成稳定的奥氏体相，使SUS305即使在冷轧后也能保持其非磁性状态。SUS305材料中镍含量的增加使它们能够在整个加工阶段保持其非磁性。 此外，当不锈钢中铬与铁、镍或锰结合时，会形成低磁导率的合金。这一特性确保了包括SUS305在内的不锈钢在暴露于磁场时不容易被磁化。值得注意的是，某些不锈钢即使在高温下也完全没有磁性，而其他金属，如铁，由于其铁磁性，会显着磁化。 铬也是确保不锈钢不具有磁性的关键元素。通过将铬与铁、镍或锰结合，形成具有低磁导率的合金。这意味着不锈钢在受到磁场作用时不容易被磁化。事实上，某些类型的不锈钢即使在高温下也保持非磁性，这与其他因其铁磁特性而表现出磁性的金属（如铁）不同。 不锈钢305还包括少量的碳，这在进一步降低其磁性方面起着作用。 碳的存在在合金内部产生了薄弱区域，导致电子流动中断并阻止它们以产生永久性的方式排列磁铁。因此，尽管某些不锈钢在极端情况下（例如非常高的温度）可能会表现出轻微的磁化，但一旦消除这些条件并且钢再次冷却，它们就会立即失去磁性。 由于其非磁性，SUS305 用于需要非磁性材料的通信设备组件和医疗设备。 它还可用于与磁铁结合使用的机械部件。特别是在电动汽车和其他应用中使用的电机部件中，SUS305因其强度高，不能被电机的磁铁磁化，并且对电机旋转性能的影响最小而成为常用。 潜艇的主要属性是它能够潜入水面以下并进入合理的工作深度。对于载人潜水器，要求封闭体积保持在大气压下。这种需求不仅适用于人员，也适用于设计用于在大气条件下运行的许多设备。希望保持封闭的体积尽可能小，以限制承受深度和大气压之间的压差所需的结构重量。在小型无人潜水器和ROV中，通常可以最大限度地减少承压结构需要容纳的体积，但对于大多数大型远洋载人船舶，不可避免地需要在结构外壳内容纳相当大的体积。可能是整个潜艇的设计导致决定在压力船体内包括其他体积，尽管它们不一定要求处于大气压下;例如，一些主压载舱可能包括在压力船体内。在压力船体内放置一些油箱也很方便，以便它们可以在大气条件下运行。可变压载舱通常位于压力船体内，即使在某些情况下它们会受到海压的影响。重要的是，当这些体积在压力船体内时，应采取措施使它们与海压隔离。 潜艇车辆的动力是确定其尺寸的最重要因素之一。如第4章所示，发电厂使用潜艇的重量和空间的比例很高，约35%的重量和总体积的50%用于发电和储存。正如我们继续展示的那样，功率要求是由船舶的大小与速度一起确定的，因此设计人员在设计过程中遇到了一个循环，即根据推进装置的体积要求进行功率评估的输出本身就是该评估的重要输入。在控制工程术语中，这是一个正反馈回路，很容易导致设计总尺寸的增长。 为水下常规潜艇提供动力是一项有效储能并将其转换为可用电力的练习。正是这个问题的解决方案决定了潜艇的水下续航能力。如前所述，只有当核电站可用时，才能生产出真正的潜艇，因为正是开发了一种完全独立于大气层的能源，才使真正的潜艇成为现实。实用核动力源的成功生产不仅使真正的潜艇的设计成为可能，而且还将续航能力限制转移到了其他因素，例如船员和消耗品，因为核动力源的续航力是以年而不是几天或几周来衡量的。
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